Question

【題目】生物是如何“感知”光的？

光為植物提供光合作用的能量，也調(diào)控植物的生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖，如莖的伸長(zhǎng)、開(kāi)花誘 導(dǎo)、對(duì)病蟲(chóng)害的防御等。早期研究中，科學(xué)家用紅光及遠(yuǎn)紅光短時(shí)間交替照射萵苣的種子， 然后放在黑暗中三、四天，發(fā)現(xiàn)最后一次照射紅光的種子絕大部分都能發(fā)芽，且生長(zhǎng)得非常 好，而最后一次照射遠(yuǎn)紅光的，絕大部分都不能發(fā)芽，因此推測(cè)種子里含有一種能區(qū)分紅光 和遠(yuǎn)紅光的物質(zhì)。后來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)這種物質(zhì)就是光敏色素。

光敏色素是一類紅光/遠(yuǎn)紅光受體，在自然光照條件下，植物體內(nèi)同時(shí)存在非活化、活 化的光敏色素（分別簡(jiǎn)寫(xiě)為 Pr、Pfr）。光敏色素蛋白一旦被紅光激活，暴露出核定位信號(hào)， 即可參與基因表達(dá)的調(diào)控。

科研人員提取了紅光處理前、后的野生型及光敏色素突變體植株的 RNA，通過(guò)比對(duì)發(fā) 現(xiàn)，光敏色素調(diào)控表達(dá)的基因種類發(fā)生了改變，并且部分 mRNA 發(fā)生了選擇性剪接�？蒲� 人員還發(fā)現(xiàn)，光敏色素還誘導(dǎo)了部分基因啟動(dòng)子的選擇性使用，即轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)發(fā)生了變化，產(chǎn) 生的 mRNA 比正常情況下多了一段 5’端序列。對(duì)部分不同長(zhǎng)度的 mRNA 翻譯產(chǎn)物定位研究 表明，較短肽鏈折疊的蛋白質(zhì)大多定位于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，而更長(zhǎng)肽鏈折疊形成的蛋白質(zhì)在胞內(nèi) 的定位主要在葉綠體，也有部分蛋白質(zhì)定位在細(xì)胞核、細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)等以適應(yīng)環(huán)境變化帶來(lái)的 “震蕩”。研究光敏色素作用機(jī)理，有利于理解光信號(hào)對(duì)植物體生命活動(dòng)的精密而有序的調(diào) 節(jié)過(guò)程，從而進(jìn)一步理解植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)過(guò)程。

在細(xì)菌基因組內(nèi)也存在類似光敏色素的感光蛋白，可以幫助細(xì)菌產(chǎn)生趨光性以獲得能量， 還參與晝夜節(jié)律、生物膜形成、致病性等生理過(guò)程。對(duì)各類生物的“光敏色素”的研究，從 進(jìn)化角度認(rèn)識(shí)生物對(duì)于光的感知，利于人類深入理解生物體適應(yīng)環(huán)境的精妙之處。

（1）光敏色素的基本組成單位是_______。由于遠(yuǎn)紅光誘導(dǎo)光敏色素發(fā)生_________ 變化，使其轉(zhuǎn)化為________（Pr 或 Pfr）形式，因此最后一次照射遠(yuǎn)紅光的萵苣種子，絕 大部分都不能發(fā)芽。

（2）根據(jù)資料所示，以下說(shuō)法或推測(cè)正確的是_____（選填下列字母）。

a．光敏色素能同時(shí)接收紅光和遠(yuǎn)紅光的信號(hào)誘導(dǎo)，說(shuō)明該受體不具有特異性

b．Pr 暴露核定位信號(hào)，可以被相應(yīng)分子轉(zhuǎn)運(yùn)并且通過(guò)核孔的選擇作用進(jìn)入細(xì)胞核，發(fā)揮作用

c．光敏色素介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)錄過(guò)程中啟動(dòng)子的選擇性使用是長(zhǎng)期自然選擇的結(jié)果

（3）根據(jù)文中信息，概括光敏色素介導(dǎo)的調(diào)控植物體生命活動(dòng)的三種方式____________。

（4）對(duì)光敏色素的相關(guān)研究可以應(yīng)用于_____（選填下列字母）。

a．用于培育富含花青素的蔬菜品種，促進(jìn)新物種的產(chǎn)生

b．通過(guò)不同波長(zhǎng)的光的組合，促進(jìn)藥材中特定有效成分的生成和積累

c．提高特定波長(zhǎng)的光的循環(huán)利用效率，減少資源的浪費(fèi)

d．通過(guò)研究光敏色素在不同物種的異同，為進(jìn)化提供依據(jù)

e．細(xì)菌的致病性機(jī)理以及相關(guān)藥物的研發(fā)

Answer 1

【答案】氨基酸??? 逆轉(zhuǎn)??? Pr??? bc??? 基因調(diào)節(jié)、光信號(hào)調(diào)節(jié)、化學(xué)信號(hào)調(diào)節(jié)??? bcde???

【解析】

本題依托植物生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)，考查學(xué)生閱讀資料，提取信息的能力，同時(shí)能根據(jù)提取的信息分析解決問(wèn)題。

（1）光敏色素的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，基本組成單位為氨基酸；光敏色素在遠(yuǎn)紅光（730nm）照射下，會(huì)發(fā)生逆轉(zhuǎn)變化，使其轉(zhuǎn)化為Pr。

（2）a、光敏色素是一類物質(zhì)，有的可以接收紅光，有的可以接收遠(yuǎn)紅光，故單獨(dú)來(lái)看仍具有特異性，a錯(cuò)誤；

b、光敏色素蛋白是大分子，故可以通過(guò)核孔的選擇作用進(jìn)入細(xì)胞核，發(fā)揮作用，b正確；

c、光敏色素介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)錄過(guò)程中啟動(dòng)子的選擇性使用，是植物適應(yīng)環(huán)境的一種方式，為長(zhǎng)期自然選擇的結(jié)果，c正確。

故選bc。

（3）根據(jù)文中信息，光敏色素介導(dǎo)的調(diào)控植物體生命活動(dòng)的三種方式有基因調(diào)節(jié)、光信號(hào)調(diào)節(jié)、化學(xué)信號(hào)調(diào)節(jié)。

（4） a、用于培育富含花青素的蔬菜品種，最終形成的是新品種而不是新物種，a錯(cuò)誤；

b、通過(guò)不同波長(zhǎng)的光的組合，使光敏色素發(fā)生不同的變化，從而促進(jìn)藥材中特定有效成分的生成和積累，b正確；

c、不同的光敏色素利用光的情況不同，故可提高特定波長(zhǎng)的光的循環(huán)利用效率，減少資源的浪費(fèi)，c正確；

d、可以通過(guò)研究光敏色素在不同物種的異同，為進(jìn)化提供依據(jù)，d正確；

e、根據(jù)文中信息可知，研究光敏色素有利于細(xì)菌的致病性機(jī)理以及相關(guān)藥物的研發(fā)，e正確。

故選bcde。